寧淑賢

（太平灣發(fā)電廠,遼寧 丹東 118000）

太平灣電站是鴨綠江干流上的第四級(jí)水電站,位于鴨綠江下游遼寧省丹東市境內(nèi),與朝鮮平安北道朔州方山里隔江相望,壩址下游距丹東40 km,距上游長(zhǎng)甸電站29 km。電站由東北勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì),水利水電第六工程局承建,主設(shè)備由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造。發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF47.5-88/12640（1、2號(hào)機(jī)組）與SF47.5-104/12640 （3、4號(hào)機(jī)組）,水輪機(jī)型號(hào)為ZZ560A-LH-800,勵(lì)磁機(jī)型號(hào)為ZLS285/60-14。機(jī)組軸系由水輪機(jī)軸、發(fā)電機(jī)主軸、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心體、發(fā)電機(jī)副軸、勵(lì)磁機(jī)軸、操作油管等組成。

1 機(jī)組盤車的目的

盤車的目的是檢查大軸是否鉛垂;檢查轉(zhuǎn)動(dòng)部件連接部分是否同心和存在曲折;檢查鏡板與主軸是否垂直;檢查轉(zhuǎn)子中心體與發(fā)電機(jī)主軸、發(fā)電機(jī)副軸是否垂直;檢查機(jī)組軸線是否合格;為軸線處理和調(diào)整提供了可靠的第一手資料;根據(jù)盤車結(jié)果計(jì)算并分配各部導(dǎo)軸承瓦的間隙等。因此,機(jī)組盤車是一項(xiàng)非常重要的工作。

2 傳統(tǒng)盤車方法存在的弊端

自太平灣電站機(jī)組1985年投入運(yùn)行至今,一直沿用傳統(tǒng)的8點(diǎn)等角盤車方式,即在盤車前,首先在推力頭或上導(dǎo)軸領(lǐng)處將軸進(jìn)行8等分,并按機(jī)組旋轉(zhuǎn)相反方向依次編號(hào),然后分別在受油器上操作油管、中操作油管、勵(lì)磁機(jī)整流子、上集電環(huán)、下集電環(huán)、上導(dǎo)軸領(lǐng)、推力頭、發(fā)電機(jī)主軸法蘭、水導(dǎo)軸領(lǐng)等9個(gè)典型部位的x、y方向上各設(shè)1塊百分表,用于測(cè)量以上部位的盤車擺度,再根據(jù)測(cè)量結(jié)果通過(guò)手工繪制凈擺度曲線的方法求最大凈全擺度及其方位。這些方法的缺點(diǎn)如下。

a.由于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量高、慣性大,在操作時(shí)隨機(jī)性較大,要準(zhǔn)確停留在某個(gè)特定的軸號(hào)上非常困難,不是轉(zhuǎn)過(guò)頭就是轉(zhuǎn)不到位,使盤車數(shù)據(jù)與特定軸號(hào)對(duì)應(yīng)不準(zhǔn),增加盤車擺度計(jì)算的誤差。

b.用人工方法繪制凈擺度曲線的步驟是：根據(jù)盤車測(cè)得各軸號(hào)下的數(shù)據(jù),計(jì)算出各典型部位的凈擺度大小;以軸號(hào)為橫坐標(biāo)、凈擺度為縱坐標(biāo),按照相同的比例,將各凈擺度點(diǎn)放入坐標(biāo)系內(nèi);將各點(diǎn)輕輕連上;看擺度曲線是否符合正弦或余弦規(guī)律;檢查曲線的波峰和波谷是否相差180°;刪除個(gè)別偏離理論曲線的點(diǎn);波峰和波谷的垂直距離即為最大凈全擺度的大小;曲線上波峰對(duì)應(yīng)的位置即為最大凈全擺度的方位。但這種方法跟技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)關(guān)系很大,求取結(jié)果往往會(huì)因人而異。

c.傳統(tǒng)等角盤車方法在處理盤車數(shù)據(jù)時(shí),無(wú)法有效克服測(cè)量斷面表面質(zhì)量對(duì)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的影響。

以上缺點(diǎn)導(dǎo)致計(jì)算盤車擺度的大小及方位具有一定的盲目性,直接影響了下一步主要旋轉(zhuǎn)部件找中心及軸線處理量的大小和方向確定,降低了盤車質(zhì)量,直接影響了下一步軸線處理量的大小和方向,增加了軸線處理的重復(fù)次數(shù),延誤檢修工期。

3 多點(diǎn)任意角盤車軟件的開發(fā)

3.1 機(jī)組擺度特性及數(shù)學(xué)模型的建立

水電機(jī)組盤車時(shí)旋轉(zhuǎn)軸的擺度特性在理論上遵循一條正弦曲線,曲線的橫坐標(biāo)是盤車角度,縱坐標(biāo)是盤車擺度值。機(jī)組盤車的擺度數(shù)據(jù)處理,其實(shí)質(zhì)就是將一系列實(shí)測(cè)的有一定離散性的數(shù)據(jù)點(diǎn),擬合成一條理論的正弦或余弦曲線問(wèn)題。由于傳統(tǒng)盤車方法存在著不可克服的弱點(diǎn),擺度計(jì)算又不能從整體考慮,由此產(chǎn)生誤差是顯而易見(jiàn)的。因此,依據(jù)最小二乘法原理,推導(dǎo)出機(jī)組盤車擺度計(jì)算公式,按計(jì)算公式進(jìn)行實(shí)際盤車數(shù)據(jù)與理論盤車數(shù)據(jù)擬合,從而可方便地計(jì)算出各典型部位的擺度大小和方位,并將其編制成計(jì)算機(jī)程序,制成具有可視化的計(jì)算機(jī)界面,在機(jī)組盤車測(cè)量完畢后,只要將各測(cè)量部位的角度和絕對(duì)擺度錄入到計(jì)算機(jī)中,即可計(jì)算出最大凈全擺度及其方位,極大方便了檢修作業(yè),起到事半功倍的效果。

設(shè)正弦曲線的數(shù)學(xué)模型為

式中 X——盤車點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角度,（°）;

f（X）——對(duì)應(yīng)盤車角度下的理論擺度值, 0.01mm;

A——擺度曲線的幅值,0.01 mm;

B——擺度曲線的初相,（°）;

C——擺度曲線在縱坐標(biāo)上的偏移值,0.01 mm。

3.2 正弦曲線的擬合及擺度計(jì)算

在表達(dá)式（1）中,A、B、C均為待定常數(shù)量。確定常數(shù)A、B、C最理想的情形是能使曲線f （X）=A sin（X+B）+C經(jīng)過(guò)盤車點(diǎn)的測(cè)值所標(biāo)出的各點(diǎn),但實(shí)際上根本不可能。由于盤車中擺度測(cè)量存在測(cè)量誤差和隨機(jī)誤差,使得在這些盤車點(diǎn)上的測(cè)量值程度不同地偏離了這條擺度正弦曲線,因?yàn)闊o(wú)法知道測(cè)量過(guò)程中各點(diǎn)的實(shí)際誤差,只能運(yùn)用最小二乘法原理對(duì)全部誤差作整體考慮,找出一條最接近實(shí)測(cè)擺度值的正弦曲線。因此要求選取這樣的A、B、C,使曲線f（X）=Asin（X+B）+ C在X1,X2,……,Xn處的理論函數(shù)值f（X1）,f （X2）,……,f（Xn）與實(shí)際測(cè)的盤車擺度值Y1, Y2,……,Yn相差都很小,要達(dá)到這樣的要求,可以考慮選取常數(shù)A、B、C,使得S=∑ni=1[f（Xi） -Yi]2最小來(lái)保證每個(gè)偏差的絕對(duì)值都很小。這種根據(jù)偏差的平方和為最小的條件來(lái)選擇常數(shù)A、B、C的方法,稱為最小二乘法。

將S看成自變量A、B、C的一個(gè)三元函數(shù),那么該問(wèn)題就可歸結(jié)為求函數(shù)S=S（A、B、C）在哪些點(diǎn)處取得最小值的問(wèn)題。由求多元函數(shù)的極值理論可知,上述問(wèn)題可以通過(guò)求方程組（2）的解來(lái)解決。

對(duì)以上方程組演繹求解發(fā)現(xiàn),這是一組非線性方程組,求解非常困難,因此考慮作如下變換。

可推導(dǎo)出A=P2+Q2,最大擺度對(duì)應(yīng)的方位角X即為擺度曲線上波峰對(duì)應(yīng)的角度,由f（X） =PsinX-IQcosX+C的導(dǎo)數(shù)來(lái)確定。

即令f′（X）=PcosX-QsinX=0可求得：當(dāng)P＞0、Q＞0時(shí)X值的范圍為0°＜X＜90°;當(dāng)P＞0、Q＜0時(shí)X值的范圍為90°＜X＜180°;

當(dāng)P＜0、Q＜0時(shí)X值的范圍為180°＜X＜270°;

當(dāng)P＜0、Q＞0時(shí)X值的范圍為270°＜X＜360°。

經(jīng)過(guò)上面變量代換后,偏差平方和S變成P、Q、C的函數(shù)。同理使S=S（P、Q、C）取得最小值的P、Q、C也滿足方程組

3.3 軟件開發(fā)

前面建立了多點(diǎn)任意角盤車的數(shù)學(xué)模型,但由于其盤車擺度的計(jì)算公式相當(dāng)繁瑣,將其編制成計(jì)算機(jī)程序,盤車時(shí)將盤車數(shù)據(jù)作現(xiàn)場(chǎng)處理就十分方便。利用Visual Basic6.0軟件將上述公式編成計(jì)算機(jī)程序,制成具有可視化的計(jì)算機(jī)界面,并與數(shù)據(jù)庫(kù)連接,使計(jì)算和繪圖就變得簡(jiǎn)單。

4 新方法在機(jī)組盤車過(guò)程中的應(yīng)用

2008年9月,太平灣電站4號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修開始,對(duì)自行設(shè)計(jì)開發(fā)的多點(diǎn)任意角盤車軟件進(jìn)行首次應(yīng)用,取得了較好的效果,盤車不再受轉(zhuǎn)角限制,只需在數(shù)據(jù)測(cè)量完畢后,將其錄入到圖1所示的計(jì)算機(jī)界面中,即可計(jì)算出機(jī)組各測(cè)量部位最大凈全擺度及其方位,見(jiàn)圖2。又通過(guò)對(duì)理論值與實(shí)際值比較,檢驗(yàn)在盤車過(guò)程中所測(cè)得的實(shí)際數(shù)值偏離理論數(shù)值的程度和誤差,使數(shù)據(jù)分析更直觀,見(jiàn)圖3。根據(jù)用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合得到的數(shù)據(jù),給下一步軸線處理指明了方向。

圖1 盤車數(shù)據(jù)錄入窗口

5 結(jié)論

機(jī)組盤車是機(jī)組安裝及檢修中的重要環(huán)節(jié),對(duì)盤車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的精度和準(zhǔn)確度,對(duì)下一步機(jī)組主要旋轉(zhuǎn)部件找中心、軸線處理及導(dǎo)軸承瓦間隙計(jì)算、分配的影響是直接的,為了能夠更精確地處理盤車數(shù)據(jù),應(yīng)用最小二乘法的原理,編制開發(fā)多點(diǎn)任意角盤車軟件,在檢修現(xiàn)場(chǎng)對(duì)盤車數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,能夠更好地消除誤差,使數(shù)據(jù)處理結(jié)果真實(shí)可信。該方法理論嚴(yán)謹(jǐn)、工藝簡(jiǎn)單、操作方便;盤車擺度計(jì)算精確、速度快;減少了檢修工期,提高了經(jīng)濟(jì)效益;具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。